HDR (High Dynamic Range)#

HDR (High Dynamic Range)は、画像の Brightness and Contrast を向上させるイメージング技術です。

HDR画像は画像内のディテールを非常に正確に表現するため、高解像度画像処理に最適です。

機能を使用する#

画像のダイナミックレンジとは、表示できる最高輝度と最低輝度の比率です。ダイナミックレンジの広い画像は、シーンの実際のコントラストを非常によく捉えるため、暗部と明部のより多くのディテールを確認できます。

HDRを使用すると、異なる露光で画像を取得することで、より広いダイナミックレンジをキャプチャできます。

お使いのカメラモデルに応じて、異なる露光時間の画像を生成する4つの異なる方法でHDR画像を生成できます。

• HDR Beyond
• Interleaved HDR
• Quad HDR
• シーケンサー（Sequencer）経由のHDR

HDR Beyond#

一部のカメラモデルは HDR Beyond をサポートしています。HDR Beyond機能を使用すると、カメラ内でリアルタイムにHDR画像を生成できます。

この機能では、画像最適化機能である Noise Reduction （「デノイズ」とも呼ばれます）および Improved Sharpness が使用されます。

隣接するピクセルに2つの異なる露光時間を設定できます。個々のピクセルの短露光と長露光は、センサー上でチェッカーボードパターン状に発生します。異なる露光は同時に終了します。

HDR Beyondを設定するには：

1. パラメーターを ExposureTimeMode パラメータを HDRBeyond.
2. パラメーターを ExposureTimeSelector パラメータを Common.
3. パラメーターを ExposureTime パラメータをマイクロ秒単位の希望の露光時間に設定します。これは2つの露光時間の長い方です。
4. パラメーターを BslHDRBeyondRatio パラメータを2から128の間（例：16）の値に設定します。これがデフォルト値です。
   事前に決定された露光時間がこの値で割られ、2つの露光時間の短い方が得られます。
5. 必要に応じて、 BslNoiseReduction パラメータおよび BslSharpnessEnhancement パラメータを設定して、希望するノイズ低減とシャープネスのレベルを指定します。

カメラは各ピクセルユニット内の情報を組み合わせて、ハイダイナミックレンジ画像を生成します。

Interleaved HDR#

一部のカメラモデルは interleaved HDR （iHDR）をサポートしています。iHDR機能を使用すると、センサーの偶数および奇数ピクセルラインに異なる露光時間を設定できます。たとえば、ライン1、3、5などに長い露光時間を指定し、ライン2、4、6などに短縮された露光時間を指定できます。さまざまな露光が同時に開始されます。これにより、明るいラインと暗いラインを持つ「ストライプ状の」画像が作成されます。

次の図は、センサーラインごとの異なる露光を示しています。

iHDRの Exposure Time を設定するには：

1. パラメーターを ExposureTimeMode パラメータを Individual.
2. パラメーターを ExposureTimeSelector パラメータを Stage 1.
3. ステージ1の Exposure Time を指定します。
   ステージ1に指定された値は、センサーの偶数ピクセルラインに適用されます。
4. パラメーターを ExposureTimeSelector パラメータを Stage 2.
5. ステージ 2 の Exposure Time を指定します。
   ステージ 2 に指定した値は、センサーの odd ピクセル ラインに適用されます。

外部の後処理プログラムを使用して、明るいラインと暗いラインを合成し、高ダイナミックレンジ画像を作成します。

Quad HDR#

一部のカメラモデルは Quad HDR（QHDR）をサポートしています。QHDR 機能を使用すると、ピクセル単位内のピクセルに個別の Exposure Time を設定できます。これらは 2×2 ピクセルの領域（クアッド ピクセルとも呼ばれ、水平方向に 2 ピクセル、垂直方向に 2 ピクセルを含みます）です。

各ピクセル単位に含まれるこれら 4 つのピクセルごとに、短い露出と長い露出を設定できます。異なる露出は同時に終了します。

これにより、取得したすべての画像で、画像の暗い領域と明るい領域の両方の情報を抽出できます。

次の図は、ピクセル単位ごとの異なる露出を示しています。

QHDR の Exposure Time を設定するには、次のようにします。

1. パラメーターを ExposureTimeMode パラメータを Individual.
2. パラメーターを ExposureTimeSelector パラメータを Stage 1.
3. ステージ 1 の Exposure Time を指定します。

4. 他のステージについてもステップ 2 と 3 を繰り返します。

   個々のステージは、各ピクセル単位の次のピクセルに対応します。

   • Stage 1: 指定した値は次の対象に適用されます： 左上 ピクセル。
   • Stage 2: 指定した値は次の対象に適用されます： 右上 ピクセル。
   • Stage 3: 指定した値は次の対象に適用されます： 左下 ピクセル。
   • Stage 4: 指定した値は次の対象に適用されます： 右下 ピクセル。

   情報

   お使いのカメラモデルの最小および最大の Exposure Time の値は、Exposure Time トピックの Specifics セクションに記載されています。

外部の後処理プログラムを使用して、各ピクセル単位内の情報を合成し、高ダイナミックレンジ画像を作成します。

SequencerによるHDR#

一部のカメラモデルは Sequencer 機能をサポートしています。これを使用すると、異なる Exposure Time 設定を定義して Sequencer セットに保存することにより、HDR 画像を取得できます。カメラが画像を取得するたびに、Sequencer は次のセットに進み、セットごとに順番に設定を適用します。

ace 2 および boost R カメラの Sequencer を設定する手順の概要は次のとおりです。

1. シーケンサーが設定モードであることを確認します。
2. Sequencer セットに保存する Exposure Time 設定を構成します。最も短い Exposure Time から始めます。
3. Sequencer セットの進行を構成します。
4. Sequencer セットを保存します。
5. 使用するすべてのセットについて、手順2～4を繰り返します。
   画像取得中に設定を継続的に切り替えて循環させるには、次のように設定します。 SequencerSetNext 最後に構成された設定のパラメータ値を最初の設定の番号（例：セット 0）に設定します。
6. Sequencer コンフィギュレーションモードを無効にします。
7. Sequencer モードを有効にして Sequencer を動作させます。
8. オプション：Burst Mode機能を使用して、トリガー信号を受信するたびに一連の画像を取得するようにカメラを構成します。

外部の後処理プログラムを使用して画像を結合し、HDR 画像を生成します。

• アプリケーションの例を提供するナレッジ記事How to: HDR Imaging with Basler Cameras Using Sequencer Mode and PyPylonも参照してください。
• OpenCV - High Dynamic Range (HDR)も参照してください

特性#

すべてのカメラモデルを表示します

サンプルコード#

以下のサンプルコードは、HDR Beyondをサポートするカメラに適用されます。

// Set the exposure time mode to HDR Beyond
camera.ExposureTimeMode.SetValue(ExposureTimeMode_HDRBeyond);
// Set the exposure time selector to Common
camera.ExposureTimeSelector.SetValue(ExposureTimeSelector_Common);
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.ExposureTime.SetValue(1000000.0);
// Set the HDR Beyond ratio to 32
camera.BslHDRBeyondRatio.SetValue(32);
// Optional: Configure noise reduction
camera.NoiseReduction.SetValue(0.2);
// Optional: Configure improved sharpness
camera.SharpnessEnhancement.SetValue(1.0);

INodeMap& nodemap = camera.GetNodeMap();
// Set the exposure time mode to HDR Beyond
CEnumParameter(nodemap, "ExposureTimeMode").SetValue("HDRBeyond");
// Set the exposure time selector to Common
CEnumParameter(nodemap, "ExposureTimeSelector").SetValue("Common");
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
CFloatParameter(nodemap, "ExposureTime").SetValue(1000000.0);
// Set the HDR Beyond ratio to 32
CIntegerParameter(nodemap, "BslHDRBeyondRatio").SetValue(32);
// Optional: Configure noise reduction
CFloatParameter(nodemap, "NoiseReduction").SetValue(0.2);
// Optional: Configure improved sharpness
CFloatParameter(nodemap, "SharpnessEnhancement").SetValue(1.0);

// Set the exposure time mode to HDR Beyond
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeMode].SetValue(PLCamera.ExposureTimeMode.HDRBeyond);
// Set the exposure time selector to Common
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeSelector].SetValue(PLCamera.ExposureTimeSelector.Common);
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTime].SetValue(1000000.0);
// Set the HDR Beyond ratio to 32
camera.Parameters[PLCamera.BslHDRBeyondRatio].SetValue(32);
// Optional: Configure noise reduction
camera.Parameters[PLCamera.NoiseReduction].SetValue(0.2);
// Optional: Configure improved sharpness
camera.Parameters[PLCamera.SharpnessEnhancement].SetValue(1.0);

/* Macro to check for errors */
#define CHECK(errc) if (GENAPI_E_OK != errc) printErrorAndExit(errc)
GENAPIC_RESULT errRes = GENAPI_E_OK;  /* Return value of pylon methods */
/* Set the exposure time mode to HDR Beyond */
errRes = PylonDeviceFeatureFromString(hdev, "ExposureTimeMode", "HDRBeyond");
CHECK(errRes);
/* Set the exposure time selector to Common */
errRes = PylonDeviceFeatureFromString(hdev, "ExposureTimeSelector", "Common");
CHECK(errRes);
/* Set the exposure time to 1000000 microseconds */
errRes = PylonDeviceSetFloatFeature(hdev, "ExposureTime", 1000000.0);
CHECK(errRes);
/* Set the HDR Beyond ratio to 32 */
errRes = PylonDeviceSetIntegerFeature(hdev, "BslHDRBeyondRatio", 32);
CHECK(errRes);
/* Optional: Configure noise reduction */
errRes = PylonDeviceSetFloatFeature(hdev, "NoiseReduction", 0.2);
CHECK(errRes);
/* Optional: Configure improved sharpness */
errRes = PylonDeviceSetFloatFeature(hdev, "SharpnessEnhancement", 1.0);
CHECK(errRes);

# Set the exposure time mode to HDR Beyond
camera.ExposureTimeMode.Value = "HDRBeyond"
# Set the exposure time selector to Common
camera.ExposureTimeSelector.Value = "Common"
# Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.ExposureTime.Value = 1000000.0
# Set the HDR Beyond ratio to 32
camera.BslHDRBeyondRatio.Value = 32
# Optional: Configure noise reduction
camera.NoiseReduction.Value = 0.2
# Optional: Configure improved sharpness
camera.SharpnessEnhancement.Value = 1.0

以下のサンプルコードは、interleaved HDRまたはQuad HDRをサポートするカメラに適用されます。

// Set the exposure time mode to Individual
camera.ExposureTimeMode.SetValue(ExposureTimeMode_Individual);
// Select stage 1
camera.ExposureTimeSelector.SetValue(ExposureTimeSelector_Stage1);
// Set the exposure time to 1000 microseconds
camera.ExposureTime.SetValue(1000.0);
// Select stage 2
camera.ExposureTimeSelector.SetValue(ExposureTimeSelector_Stage2);
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.ExposureTime.SetValue(1000000.0);

INodeMap& nodemap = camera.GetNodeMap();
// Set the exposure time mode to Individual
CEnumParameter(nodemap, "ExposureTimeMode").SetValue("Individual");
// Select stage 1
CEnumParameter(nodemap, "ExposureTimeSelector").SetValue("Stage1");
// Set the exposure time to 1000 microseconds
CFloatParameter(nodemap, "ExposureTime").SetValue(1000.0);
// Select stage 2
CEnumParameter(nodemap, "ExposureTimeSelector").SetValue("Stage2");
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
CFloatParameter(nodemap, "ExposureTime").SetValue(1000000.0);

// Set the exposure time mode to Individual
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeMode].SetValue(PLCamera.ExposureTimeMode.Individual);
// Select stage 1
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeSelector].SetValue(PLCamera.ExposureTimeSelector.Stage1);
// Set the exposure time to 1000 microseconds
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTime].SetValue(1000.0);
// Select stage 2
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeSelector].SetValue(PLCamera.ExposureTimeSelector.Stage2);
// Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.Parameters[PLCamera.ExposureTime].SetValue(1000000.0);

/* Macro to check for errors */
#define CHECK(errc) if (GENAPI_E_OK != errc) printErrorAndExit(errc)
GENAPIC_RESULT errRes = GENAPI_E_OK;  /* Return value of pylon methods */
/* Set the exposure time mode to Individual */
errRes = PylonDeviceFeatureFromString(hdev, "ExposureTimeMode", "Individual");
CHECK(errRes);
/* Select stage 1 */
errRes = PylonDeviceFeatureFromString(hdev, "ExposureTimeSelector", "Stage1");
CHECK(errRes);
/* Set the exposure time to 1000 microseconds */
errRes = PylonDeviceSetFloatFeature(hdev, "ExposureTime", 1000.0);
CHECK(errRes);
/* Select stage 2 */
errRes = PylonDeviceFeatureFromString(hdev, "ExposureTimeSelector", "Stage2");
CHECK(errRes);
/* Set the exposure time to 1000000 microseconds */
errRes = PylonDeviceSetFloatFeature(hdev, "ExposureTime", 1000000.0);
CHECK(errRes);

# Set the exposure time mode to Individual
camera.ExposureTimeMode.Value = "Individual"
# Select stage 1
camera.ExposureTimeSelector.Value = "Stage1"
# Set the exposure time to 1000 microseconds
camera.ExposureTime.Value = 1000.0
# Select stage 2
camera.ExposureTimeSelector.Value = "Stage2"
# Set the exposure time to 1000000 microseconds
camera.ExposureTime.Value = 1000000.0

pylon Viewerを使用して、パラメーターを簡単に設定することもできます。